超高層公共建筑10kV變配電所設(shè)置方案的比選分析

張雪丹

摘 要：近年來我國(guó)超高層公共建筑的數(shù)量逐漸增加，超高層建筑工程的建設(shè)質(zhì)量及應(yīng)用效果與電氣系統(tǒng)的配置是否合理密不可分。該類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，在充分了解超高層建筑各類負(fù)荷分布情況的基礎(chǔ)上制定最佳的中、低壓供配電系統(tǒng)，這樣才能打造一個(gè)高效率、低能耗的建筑供電網(wǎng)絡(luò)。文章以提高此類公共建筑電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效益為出發(fā)點(diǎn)、綠色節(jié)能為應(yīng)用目的，對(duì)超高層公共建筑10kV變配電所的選址問題進(jìn)行比選分析。

關(guān)鍵詞：超高層公共建筑；變配電所；集中設(shè)置；分散設(shè)置

在公共建筑工程設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目前期階段會(huì)根據(jù)項(xiàng)目具體規(guī)模、分期開發(fā)使用情況、用電設(shè)備容量及負(fù)荷等級(jí)、甲方對(duì)不同業(yè)態(tài)用電配置標(biāo)準(zhǔn)及當(dāng)?shù)毓╇姴块T的供電導(dǎo)則要求等，分析并確定最為科學(xué)合理的供配電系統(tǒng)。

與普通大型公共建筑相比，超高層公共建筑考慮其單棟建筑體量較大、供電標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，在力爭(zhēng)供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠的前提條件下，如何有效提高電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效益，節(jié)省電氣設(shè)備成本及后期投入，同時(shí)還應(yīng)貫徹執(zhí)行國(guó)家及地方對(duì)建筑綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)要求，10kV變配電所（下文簡(jiǎn)稱變電所）的設(shè)置方案就顯得格外重要。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，變電所應(yīng)盡可能接近和深入負(fù)荷中心[1]。在一些大型或超高層公共建筑項(xiàng)目中，由于用電設(shè)備和容量比較大，通常會(huì)設(shè)置多臺(tái)變壓器，有時(shí)也會(huì)設(shè)置多個(gè)變配電所以滿足業(yè)主使用管理和電氣技術(shù)的要求，例如：變電所的低壓供電半徑宜控制在200m范圍內(nèi)，無特殊要求時(shí)用電設(shè)備接線端子處的電壓損失不大于5%[2]等。現(xiàn)舉例分析安徽省合肥市一棟超高層公建項(xiàng)目的變電所設(shè)置方案，該建筑單體地上建筑高度約180m，地上共40層；1～4層為商業(yè)，5層～40層為辦公塔樓（其中11F、27F為避難層，將該建筑分為低、中、高區(qū)三個(gè)區(qū)域空間），地下共兩層、分別為設(shè)備用房區(qū)域和汽車庫(kù)；地上、地下建筑面積共計(jì)8.0萬(wàn)m2。該超高層公共建筑在地下一層集中設(shè)置兩個(gè)變電所，存在供電半徑偏大時(shí)，是否采用變電所分散設(shè)置——在B1層和27層分別設(shè)置一個(gè)變電所？這兩種設(shè)置方案在超高層建筑的電氣設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到，具體采用哪種方案更為經(jīng)濟(jì)更合理？通過以下設(shè)計(jì)條件的對(duì)比，為此類項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位和業(yè)主的決策提供初步的技術(shù)分析。

1 比選方案說明

2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 電能質(zhì)量-線路的電壓損失

本次線路電壓損失的對(duì)比分析，選取具有代表性的RF屋頂層空調(diào)室外機(jī)和泛光照明配電箱的供電線纜，分析計(jì)算過程見下表：

通過以上計(jì)算，可以看到變電所在分散設(shè)置的方案中，RF層用電設(shè)備供電線纜的電壓損失大大優(yōu)于變電所采用集中設(shè)置的方案，辦公塔樓高區(qū)其他用電設(shè)備進(jìn)線電纜的電壓損失也有同樣情況。特別需要注意的是，當(dāng)變電所集中設(shè)置時(shí)有部分線纜的電壓損失已超過國(guó)家相關(guān)規(guī)范的規(guī)定值（5%）[2]，為滿足規(guī)范要求，這部分饋電回路需增加電纜截面以降低線路的電壓損失，這樣又會(huì)增加業(yè)主的項(xiàng)目投資預(yù)算。所以從線路的電壓損失方面考慮，變電所宜采用分散設(shè)置。

2.2 電能損耗-線路的功率損耗

為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定變壓器的負(fù)載率為0.8，變電所分散設(shè)置時(shí)27F變電所中壓進(jìn)線采用4根95mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜；變電所集中設(shè)置時(shí)B1F變電所低壓出線側(cè)計(jì)算電流取Ic=4600A，導(dǎo)體按采用4根1250A密集式母線（各母線計(jì)算電流平均值取Ic=850A）、12根70mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜（各電纜計(jì)算電流平均值取Ic=100A）考慮。（見表3）

通過以上計(jì)算比較，變電所在分散設(shè)置的方案中，電纜的功率損失大大優(yōu)于集中設(shè)置的方案，其中線路的有功損耗差值約為163kW。

如果按全年運(yùn)行2000h計(jì)算，分散設(shè)置方案能夠年節(jié)電33萬(wàn)度。

如果按全年運(yùn)行3000h計(jì)算，分散設(shè)置方案能夠年節(jié)電49萬(wàn)度。

上述“全年運(yùn)行時(shí)間”僅用于設(shè)計(jì)分析參考。根據(jù)該項(xiàng)比較可以看到，變電所采用分散設(shè)置時(shí)可以有效提高電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效益、該系統(tǒng)更為綠色節(jié)能。

2.3 設(shè)備投資分析

本項(xiàng)目對(duì)于中壓開關(guān)柜、變壓器和低壓配電柜等設(shè)備投資而言，兩種方案幾乎沒有差別，同時(shí)兩種方案變電所機(jī)房的面積變化有限，故本次不再做以比較。對(duì)于項(xiàng)目的中、低壓電纜及設(shè)備安裝費(fèi)等，簡(jiǎn)單分析如下（見表4）。

2.4 各層配電間的面積分析

當(dāng)變電所在B1層集中設(shè)置時(shí)，由于超高層建筑高區(qū)所有用電設(shè)備的進(jìn)線電纜（密集式母線）均從B1層變電所沿各層配電間豎向敷設(shè)至中、高區(qū)，導(dǎo)致低區(qū)、中區(qū)甚至高區(qū)各樓層配電間的面積均有所增加，和分散設(shè)置相比較，變電所在B1層集中設(shè)置時(shí)各樓層配電間面積約增加2.0m2。故從設(shè)備用房的使用面積情況考慮，變電所采用分散設(shè)置可以明顯減小各樓層配電間的占用面積，這對(duì)于超高層公建項(xiàng)目具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過以上各方面的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析，可以看到對(duì)于本案的超高層公共建筑，當(dāng)變電所采用分散布置的方案，從電能質(zhì)量、綠色節(jié)能、樓層配電間面積的優(yōu)化和設(shè)備投資等多個(gè)方面都是有利的。

對(duì)于超高層公共建筑，當(dāng)變電所采用分散設(shè)置時(shí)，高區(qū)變電所在工程設(shè)計(jì)階段需分別考慮變壓器等變配電設(shè)備的豎向運(yùn)輸通道和日后設(shè)備更換、維護(hù)等特殊使用條件引起的相關(guān)問題，這些內(nèi)容在項(xiàng)目的實(shí)施過程中都有相對(duì)成熟的解決措施，這里不再闡述。

綜合上述的比選分析和其他同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在土建平面條件滿足的情況下，建筑高度150m以上的超高層公共建筑宜優(yōu)先采用變電所分散設(shè)置的方案。對(duì)于150m以下的超高層公共建筑，由于變電所采用分散設(shè)置時(shí)線路的電壓損失、功率損耗及設(shè)備初投資等多方面的優(yōu)勢(shì)相對(duì)不明顯，變電所可采用集中設(shè)置。同時(shí)在該類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，由于受大容量用電設(shè)備的分布、變電所層高和選址等多種因素的限制，變電所實(shí)施的設(shè)置方案需結(jié)合具體的項(xiàng)目情況進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)

[1]中機(jī)中電設(shè)計(jì)研究院有限公司.20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范GB50053-2013[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013（2）：2.

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